klinický přínos a výhledy do budoucna

Genetické vyšetření – klinický
přínos a výhledy do budoucna
Prof. MUDr. Jakub Hort, Ph.D.
Neurologická klinika UK, 2. LF a FN Motol
Mezinárodní centrum klinického výzkumu Brno
Geny a ACH
•
neovlivnitelné genetické rizikové faktory ACH
- mutace zodpovědné za familierní ACH
•
ovlivnitelné prostředím a životním stylem
- genetické polymorfismy zvyšující riziko sporadické ACH
Autozomálně dominantní
• Autozomálně dominantní přenos (genetické markery)
• Early onset ACH
• Vzácné – méně než 2% všech ACH (x FTLD 30-50%)
• Pozitivní RA neznamená autozomálně dominantní ACH
• Mutace v APP – chromosom 21
• Presenilin -1 (PSEN) – chromosom 14
• Presenilin -2 (PSEN2) – chromosom 1
• Je genetická a sporadická ACH opravdu to samé?
Schipper 2011
Genetické polymorfismy
• Chovají se jako modifikátory
• Predisponují k rozvoji nebo časnější manifestaci ACH
• IL10 promoter
• ABCA1, ABCA2
• GSTM3
• GAPD
• ApoE
• BDNF
• TOMM 40
Epigenetika
• Chemické modifikace DNA
• Určují kdy a do jaké míry bude určitý gen aktivní
• Zapnuté x vypnuté
• Ovlivnitelných 70% genů ve vztahu ke zdraví a délce života
• Zdravotní stav náš i generací kterým gen předáváme
Epigenetika
• Modifikovatelné rizikové faktory - souvislost s ApoE a BDNF
• Hypertenze, hyperlipidemie, diabetes, sedavý styl života
• Výživa
• Kognitivní rezerva a duševní aktivita ve vyšším věku
• Endokrinologie, pohlavní hormony
• Úrazy hlavy
• Stres, anxieta, deprese
• Evidence robustní, ale existují i konfliktní data
McGuinness et al., 2009, Shumaker et al. 2004, Peters et al. 2008, Patterson et al., 2007, Schipper 2011
Interakce ApoE + jiné geny
• Další geny zvyšují riziko ACH nezávisle i závisle na ApoE
• TOMM40 VL/S nebo VL/VL zhoršuje u ApoE3/E3
• Down syndrom – ApoE2 je protektivní, ApoE4 neutrální
• Všechny ztahy gen-gen a gen-pohlaví navíc interagují s
vlivy prostředí a životního stylu a tvoří tak individuální
riziko každého z nás
Lai et al., 1999
Amyloidové
plaky
demence
The
changing
roleversus
of women
Sperling R et al. (2011) Alzheimers Dement 7, 280-282
Amyloid precursor protein - APP
Apolipoprotein E (ApoE)
• Plazmatický protein – transport, skladování a
metabolismus cholesterolu/lipidů, funkce mozku
• Gen pro ApoE (APOE) – 3 varianty alel ε2, ε3 a ε4
• ε2 (8%) a ε3 (78%)
• heterozygoti ε4 (14-16%)
• homozygoti ε4 (1%)
Raber et al. , 1998; Raber et al., 2000, Laczó et al., 2011, Corder et al., 1993; Saunders et al., 1993
Polymorfismus ApoE
• Gen pro apolipoprotein E je lokalizován na 19 chromozomu
• Výskyt ve 3 alelách e2, e3, e4, které kódují odpovídající
izoformy proteinu označované E2,E3, E4
• Izoformy se liší složením aminokyselin na pozicích 112 a 158
Alela
pozice 112 pozice 158
e3 - E3
Cystein
Arginin
e2 - E2
Cystein
Cystein
e4 - E4
Arginin
Arginin
Genotyp ApoE4 a riziko ACH
• Riziko ACH - OR 2-3 (heterozygoti ε4)
- OR 11-12 (homozygoti ε4)
• MCI – zhoršení paměti a prostorové navigace
• ε4 spojeno i s rizikem srdečních chorob
• ε 2 chrání před ACH, spojován s dlouhověkostí
• Avšak 10-20% homozygotů ε2/ε2 má hyperlipoproteinémii
III. typu riziko předčasné manifestace aterosklerózy
Raber et al. , 1998; Raber et al., 2000, Laczó et al., 2011, Corder et al., 1993; Saunders et al., 1993
ApoE genotyp a riziko ACH
Roses (1998)
Další vliv ApoE genotypu
• Kognitivní schopnosti u nedementních seniorů
• Post-traumatická epilepsie
• Horší rekonvalescence po úrazech hlavy (boxeři)
• Kognitivní deficit po srdečním by-passu
• Kognitivní deficit po chemoterapii
• Relativní riziko a/nebo věk nástupu CJD, VaD, FTLD, LBD,
schizofrenie, Huntington, Parkinson, důsledky sleep apnoe
Literatura vs. česká populace
• Czech Brain Aging Study - CBAS
• Praha od r. 2008 - 800 pacientů, z toho bylo jen 37
homozygotů ApoE4 (méně než 5%)
• Brno od r. 2012 – 400 pacientů, z toho 11 homozygotů
ApoE4 (3%)
•
V současnosti sledujeme cca celkem 24 pacientů,
(ostatní zemřeli nebo se ztratili ze sledování)
• 16 z 31 dostupných MRI – těžké cévní změny – Fazekas 3
Sheardová et al., in preparation
Literatura vs. česká populace
CBAS - Brno
E3/E3
norma
SMC
a MCI
na MCI
AN
demence
jiné dg.
celkem
7
103
52
33
18
11
2
113
E2/E2
E2/E3
0
1
22
12
1
3
47
30
13
3
E4/E4
7
1
3
2
nebyli vyšetřeni
2
1
1
182
99
55
E2/E4
E3/E4
celkem
3
11
5
1
1
4
23
4
1
52
1
11
4
24
13
7
391
Sheardová et al., in preparation
Literatura vs. česká populace
CBAS - ApoE4 u různého kognitivního postižení
Alely
SMC
a MCI
na MCI
AN
jiné dg.
Výskyt APOE4 alely
30%
34%
29%
21%
10%
ApoE4 heterozygot
26%
33%
23%
12%
5%
ApoE E4/E4
4%
1%
6%
9%
5%
Riziko ACH při APOE4 se liší dle regionů
alela
AN
Meditarian/Asia
40%
North America
58%
North Europe
64%
Sheardová et al., in preparation, Crean S, 2011, Wikipedia
alela
v populaci
ApoE E2
7%
ApoE E3
79%
ApoE E4
14%
ApoE4/E4
1%
Literatura vs. česká populace
• ACH
– zastoupení APOE 4 nižší než udává literatura
– Nejsou však normativní data pro českou populaci
• Jiné dg, které zřejmě nemají ACH
– zastoupení APOE4 obdobné jako se uvádí
• Skupina SMC – zajímavá!!! Bez objektivního postižení
– Zastoupení APOE4 obdobné jako u ACH patologií
Sheardová et al., in preparation
ApoE a fyzická aktivita
• Ochrana před aterosklerosou a endoteliální dysfunkcí
• Zvýšená sekrece BDNF
• Zvýšená neuroplasticita a udržení kognitivní rezervy
• Menší obsah amyloidu v mozku
• Vazba na další sociální faktory
• CAIDE – Finsko 1449 pacientů – ochranný vliv cvičení
větší u nosičů ApoE4
Rovio et al., 2005, Schipper 2011
Celoživotní fyzická aktivita a amyloid
Head D et al. (2012) Arch Neurol 69, 636-643
ApoE a diabetes/prediabetes
• Diabetes
• Pre-diabetes (gluk tolerance, insulin rezistence)
• Populační studie 2574 Honolulu-Asia –riziko ACH
- diabetes (RR:1.8, 95% CI: 1.1-2,9) VaD (2.3, 1,1-5,0)
- diabetes a ApoE4 (RR:5.5, 95% CI:2,2-13,7)
Pelia et al., 2002
ACH – diabetes 3. typu?
• Zvýšené riziko ACH u diabetiků o 50-100%
• Zejména studie s podtypy demence a počínajícím diabetem
• ACH - větší výskyt diabetu a elevace glykemie (až 81%)
Biessels et al., 2006, Kopf a Folich, 2009, Janson et al., 2004, Yang a Song, 2013
Proč ACH a diabetes? A proč nyní?
Strava lovců a sběračů
Současná doporučení
Perlmutter D 2013
Glykemický index
68
71
54
55
55
Perlmutter D 2013
ApoE a pohlavní hormony
• 1980 – 2000 optimismus
• Heart and Estrogen/Progestin Replacement Study
(HERS), Women´s Health Initiative memory study
(WHIMS) - není doporučeno užívat
• Avšak ApoE4 ženy menší hipokampální volum x muži (3)
• Estrogeny snížily riziko ACH u žen nad 65 let o 41% ale
pouze u ApoE4 negativních! (4)
Cauley et al., 2001, Shumaker et al., 2004, 3- Fleisher et al., 2005, 4- Yaffe et al., 2000
ApoE a výživa
• Antioxidanty
• Ryby a omega -3 – mastné kyseliny
• alkohol
ApoE a hyperlipidémie
ApoE a úrazy hlavy
• 30 boxerů s 12 a více zápasy – 16 x větší riziko
kognitivního deficitu
Jordan et al., 1997
ApoE4 a farmaka
• Donepezil a vit E u MCI
• Rosiglitazon
• Bapineuzumab
• Aducanumab
Sotio 12.5. 2015
Vakcinace
• Limity vývoje vakcín:
- bezpečnost
- účinnost
- spolehlivá diagnostika
Srovnání aktivní a pasivní imunizace
Strategie
Aktivní
imunoterapie s
fragmenty Aβ42
Pasivní
imunoterapie s
monoklonálními
protilátkami proti
Aβ
Výhody
• Vyhýbá se
problémům v
souvislosti s
odpovědí Tlymfocytů
• Levnější
• Obchází
nutnost
imunitní
odpovědi
organismu
Nevýhody
• Tvorba protilátek
může být nízká
• Riziko APP crossreactivity
(encephalitidy)
• Ireversibilní
• Vazogenní edém
• Microhemorrhages
• Potřeba
opakovaných infusí
• Dražší
Vazogenní edém po bapineuzumabu
Před léčbou
7 týden
13 týden
19 týden
skupina: 1.0 mg/kg; ApoE4 pozitivní,
(asymptomatický)
Cíl
p<0,05
Kdo je E3/E3 nemá vyhráno
BDNF – Brain Derived Neurotrophic Factor
• Gen na 11 chromozomu – produkce proteinu BDNF
• Duální působení:
1) růstový faktor - nové neurony, přežití neuronů (hl.
dopamin), pohyblivost neuroblastů, navádění axonů
2) kotransmiter a regulátor synaptické plasticity (zvířata)
• ACH – snížená hladina BDNF v plasmě a mozku
• Expresi genu pro BDNF zapíná: pohyb, životní styl, příjem
kalorií, ketogenní dieta, kurkumin, kyselina dokosahexanová
BDNF
• Častý polymorphism iBDNF (V66M) - spojený s různými
kognitivními fenotypy
• Molekulární biologie BDNF velmi komplikovaná
• Existuje mnoho funkčních polymorfismů a mnoho způsobů jak
ovlivňují strukturu a funkci mozku
BDNF V66M polymorfismus
• Ovlivňuje activity-dependent secretion of BDNF
• Ovlivňuje:
– Deklarativní paměť
– Osobnostní rysy a inteligenci
– Kognici a odpovídavost na léčbu u deprese
– Výskyt obsedantně-kompulzivních poruch
– Riziko ACH, schizofrenie, Parkinsonovy nemoci
Funkční BDNF polymorfismus
• V66M
– existuje mnoho neurogenetických studií zaměřených
na paměť a objem hipokampu
– Mnoho dalších souvislostí (oproti jiným genům
nedostatečně prostudováno)
BDNF – struktura a splice varianty
Pruunsild et al 2007
BDNF - epigenetika
BDNF a kalorie
• Aktivace při kalorické restrikci, doporučuje se minus 30%
• Vyšší hladina BDNF navíc snižuje chuť k jídlu
• Nanašli plasmatické změny BDNF, ale CNS nedělali
Stěhování za kaloriemi (a ACH)
BDNF a vyšší obsah triglyceridů
BDNF a fyzická aktivita
• Fyzická aktivita – tlumí zánět, zvyšuje citlivost na INZ,
zlepšuje regulaci glykemie, zvyšuje objem hipokampu,
zvyšuje tvorbu BDNF
• Role laktátu?
BDNF a stres a deprese
• Literatura není konzistentní
• Publikace i proti
BDNF a meditace
BDNF a kurkumin a DHA
• Kurkumin – antioxidační, protizánětlivé, antimykotické,
antibakteriální, BDNF
• Epidemiologie – méně demence ve společenstvích
užívajících kurkumu
• DHA – dokosahexaenová kyselina
• 2/3 suchého mozku tuk a z toho ¼ DHA
• Membrány neuronů, synaptická část
• Regulace zánětu
• Regulace exprese BDNF
BDNF a kurkumin a DHA
• Jak zvýšit hladinu DHA?
• CNS si v malé míře můře sám vytvářet z omega-3 tuku
• Potřebujeme 200-300 mg DHA denně, ale ve stravě je
asi 25%
• Ryby, avokádo, mateřské mléko
BDNF a ApoE
Kolik to stojí?
• Oddělení klinické genetiky
• ApoE – PCR metodika 1500-3000 Kč ( min. 700 Kč)
• TOMM40 700-1000 Kč (dlouhá, krátká)
• BDNF 1000-5000 Kč
• Preseniliny – sekvenování (PCR based) – 1 sekvenace
2000-3000 Kč – není tam standardní mutace, screenují
se vš. geny a hledají ty mutace – 1 sekvenace 300-500 Kč
• C9orf72 – zavedení metodiky 30 tis, pak 1 pac 1-5 tis Kč
EFNS guidelines 2010
závěr
• Autozomálně dominantní není synonymum pro pozitivní RA
• Rizikové faktory, vliv prostředí a životního stylu, epigenetika
• Fyzická aktivita, dieta, diabetes, hypertenze, meditace
• Důležité u ApoE4, vliv na expresi BDNF
• Rutinní vyšetření ApoE se zatím v primární prevenci
nedoporučuje, to se nejspíše změní
• Sekundární prevence – mají amyloid nebo klinické obtíže
Kognitivní cenrum FN
Motol
Lékaři
Jakub Hort
Poděkování
spolupracovníkům
Jan Laczo
Martin Vyhnálek
ICRC Brno
Zuzana Nedělská
Psychologové
Tomáš Nikolaj
Lékaři
Daniel Hudeček - geriatr
Hana Marková, Adéla Mazancová
Koordinátorka
Vlaďka Fulínová
PhD studenti
Ivana Gažová
Kateřina Sheardová - neurolog
Olga Hromková – psychiatr
Psychometrici
Marie Dobiášková
Michaela Urbanová
Ivana Mokrišová
Lenka Koťátková
Hana Marková
Rafal Marciniak
Jiří Cerman
technik
Kamil Vlček
Koordinátorky
Daria Hudspeth
Monika Kurečková
Studijní sestry
Zahraničí
Mayo Clinic
Petr Telenský (translační výzkum)
South Florida
Ross Andel (metodika, statistika)
Karolinska
instituten
Pavla Čermáková
Barbora Dvořáková
Tamara Kotalová
PhD student
Rastislav Šumec